JP2004021223A - 超広角ズームレンズ - Google Patents
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Abstract
【課題】広角端の画角（包括角）が２ω＝１０２°を越え、更にＦ４程度の口径を有し、２倍程度の変倍比を有し、小型で構成枚数が少なく、高性能で、周辺光量が著しく多く、製造容易な非球面を有する超広角ズームレンズを提供する。
【解決手段】物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有す第２レンズ群Ｇ２を有し、該第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、前記第１レンズ群Ｇ１には負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、負レンズ成分Ｌｎには少なくとも１枚の非球面レンズＬａｓｐを有し、前記非球面レンズＬａｓｐは所定の条件を満足すること。
【選択図】 図１
【解決手段】物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有す第２レンズ群Ｇ２を有し、該第１レンズ群と第２レンズ群との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、前記第１レンズ群Ｇ１には負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、負レンズ成分Ｌｎには少なくとも１枚の非球面レンズＬａｓｐを有し、前記非球面レンズＬａｓｐは所定の条件を満足すること。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特に大画角を有する超広角ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、広角端の画角（包括角）が２ω＝１００°を越える小型で、構成レンズ枚数の少ない超広角ズームレンズの提案は少ない。一例を上げると、本願と同一出願人による開示例の特開２０００−２８３７号公報がある。また、本願と同一出願人により、ガラスモールド型製造方法に適した非球面を用いた超広角単焦点レンズが特開２００１−１５９７３２号公報において開示されている。また、ガラスモールド型製造方法に適した非球面レンズを用いたズームレンズの開示例に、特開平１１−２８７９５３号公報がある。
【０００３】
しかしながら、上記の公報に開示されたレンズは更なる高性能化と低コスト化が必要であり、特に製造の容易なガラスモールド非球面レンズに対応した、超広角ズームレンズが望まれていた。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
超広角ズームレンズの主な課題は常用可能な程度の小型化、高い光学性能、周辺光量の確保、非球面レンズの量産性である。特に使用する非球面レンズが現在の量産技術で十分生産できうるものである事が重要である。
【０００５】
製造方法を考慮すると、生産性の悪い精研削非球面ではなく、量産性の高いガラスモールド型製造方法で製造可能であることがコストダウンにつながり、ユーザーメリットも大きい。その観点から考察した場合、前記特開２０００−２８３７号公報記載の光学系においては、非球面レンズの製造が樹脂とガラスの複合型非球面以外では、精研削方式でもガラスモールド型製造方法でも製造困難であり、量産性が低かった。また、周辺光量や収差補正の更なる改善が必要であった。
【０００６】
また、特開平１１−２８７９５３号公報においては広角端の画角（包括角）が２ω＝６４°程度と狭く、性能的に見ても十分とは言えず、この技術の延長線上には小型で高性能な超広角ズームレンズは実現困難である。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みて行われたものであり、上記の諸問題を解決し、広角端の画角（包括角）が２ω＝１００°を越え、２倍程度の変倍比を有し、小型で高性能な超広角ズームレンズを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のために、本発明は、物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、前記第１レンズ群Ｇ１は負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、前記負レンズ成分Ｌｎは少なくとも１枚の非球面レンズＬａｓｐを有し、前記非球面レンズＬａｓｐは以下の条件を満足することを特徴とする超広角ズームレンズを提供する。
（１） ２．０ ＜ ｄｍａｘ ／ ｄ０ ＜ ６．０
（２） ０．６ ＜ （｜Ｒｍａｘ｜−｜Ｒｍｉｎ｜）／ ｜Ｒｍａｘ｜ ＜ １．０
（３） ０．５ ＜ ｄ１−２ ／ ｆｔ ＜ １．５
但し、
ｄ０ ：前記非球面レンズＬａｓｐの光軸上の厚さ（中心厚）、
ｄｍａｘ ：前記非球面レンズＬａｓｐの像側の面の、最大有効径位置における光軸と平行な厚さ、
Ｒｍａｘ：前記非球面レンズＬａｓｐのレンズ面のうち、近軸曲率半径の絶対値がより大きい側の面の曲率半径、
Ｒｍｉｎ：前記非球面レンズＬａｓｐのレンズ面のうち、近軸曲率半径の絶対値がより小さい側の面の曲率半径、
ｄ１−２ ：前記非球面レンズＬａｓｐの最も像側のレンズ面から、その直後のレンズの最も物体側のレンズ面との間の光軸上空気間隔、
ｆｔ ：望遠端の全系の焦点距離。
【０００９】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、前記第１レンズ群Ｇ１の前記負レンズ成分Ｌｎは、少なくとも第１負レンズ成分Ｌａと第２負レンズ成分Ｌｂの２成分を有し、
前記第１負レンズ成分Ｌａは前記非球面レンズＬａｓｐを有し、以下の条件を満足することが望ましい。
（４） −７．０ ＜ ｆａｓｐ／ ｆｗ ＜ −１．０
但し、
ｆａｓｐ ：前記非球面レンズＬａｓｐの近軸焦点距離、
ｆｗ ：広角端の全系の焦点距離。
【００１０】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群Ｇ２は物体側から第１正レンズ成分Ｌ２１と第２正レンズ成分Ｌ２２と第３正レンズ成分Ｌ２３と負レンズ成分Ｌ２４を有し、前記第２レンズ群Ｇ２の前記負レンズ成分Ｌ２４は物体側に凹面を向けた負レンズを有することが望ましい。
【００１１】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、前記第２レンズ群Ｇ２の前記負レンズ成分Ｌ２４は物体側に凹面を向けた非球面負レンズを有することが望ましい。
【００１２】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、前記第２レンズ群Ｇ２の前記第２正レンズ成分Ｌ２２は物体側から正レンズと負レンズとの接合レンズよりなり、前記第２レンズ群Ｇ２の前記第３正レンズ成分Ｌ２３は物体側から負レンズと正レンズとの接合レンズよりなり、前記第２正レンズ成分Ｌ２２および前記第３正レンズ成分Ｌ２３とも接合された正レンズよりも接合された負レンズの方がｄ線に対する屈折率が高いことが望ましい
また、本発明の超広角ズームレンズでは、以下の条件を満足することが望ましい。
（５） ０．０７ ＜ ｄ２３ ／ ｄＩＩ＜ ０．２
但し、
ｄ２３ ：前記第２レンズ群Ｇ２の前記第２正レンズ成分Ｌ２２と前記第３正レンズ成分Ｌ２３との間の光軸上空気間隔、
ｄＩＩ ：前記第２レンズ群Ｇ２の無限遠合焦時の光軸上の総厚。
【００１３】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、近距離物点への合焦は前記第２レンズ群Ｇ２の前記第１正レンズ成分Ｌ２１のみを移動させることによって行うことが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明にかかる超広角ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の２つのレンズ群を有し、第１レンズ群Ｇ１は物体側から、負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、負レンズ成分Ｌｎは少なくとも１枚の非球面レンズＬａｓｐを有している。本実施の形態では、第１負レンズ成分である物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬａと、第２負レンズ成分であるガラスと樹脂の複合型非球面レンズＬｂとからなり、第１負レンズ成分Ｌａが負メニスカス両面非球面レンズＬａｓｐを有している。そして、物体側に凸面を向け正メニスカスレンズを有する正レンズ成分Ｌｐによって構成されている。
【００１６】
また、第２レンズ群Ｇ２は物体側から、近距離合焦時に独立移動し、メニスカス負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第１正レンズ成分Ｌ２１、開口絞りＳ、正レンズとメニスカス負レンズの接合よりなる接合正レンズを有する第２正レンズ成分Ｌ２２、負レンズと両凸形状の正レンズの接合よりなる接合正レンズを有する第３正レンズ成分Ｌ２３、物体側に凹面を向けた両面非球面メニスカス負レンズを有する負レンズ成分Ｌ２４によって構成されている。
【００１７】
本発明は広角端の画角（包括角）２ω＝１００°を超える超広角ズームレンズにおいて、少ない構成レンズ枚数で、かつ収差補正状態が良好で著しく周辺光量が多い光学系を提供するものである。
【００１８】
本発明の第１の特徴は、今まで製造が困難であった大型のガラスモールド非球面レンズの製造を容易にし、かつ光学性能を向上させる非球面の設計方法を実現した事である。
【００１９】
非球面の製造方法には大きく分けて４種類あることは公知である。中でも著しい凹面の非球面を持った大型の非球面レンズは、切削型製造方法（精密研磨切削型製造方法等）では困難である。
【００２０】
また、ガラスモールド型製造方法では、凹面の最大内径における接線角に制約があった。しかしながら、ガラスモールド型製造方法は量産性、コスト、製造精度に対してメリットが多い。さらに、ガラスモールド型製造方法は、いくつかの光学設計的な制約条件を克服する事によって、種々の非球面レンズを形成することができるため、収差補正に適した各種非球面レンズを成型することが可能であるというメリットがある。
【００２１】
一方、超広角ズームレンズの設計上、困難な事は周辺性能向上にある。特に重要な問題は、ペッツバールサムのコントロールに起因する、非点収差と像面湾曲の補正、さらには周辺光量確保に伴うコマ収差の増大に対する補正、倍率色収差の補正とディスト−ションのコントロールである。これらを有効に補正するには、各レンズ群の最適な屈折力配置と、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１を厚肉化することである。しかし、上述のような、通常の設計方法では大型で鏡筒径も大きな物になってしまう。また、非球面を不用意に多様化しても、量産困難な設計解になることが多い。したがって、本発明においては、コマ収差、非点収差、像面湾曲、ディストーション等を良好に補正しつつ、ガラスモールド型製造方法に適した非球面形状になる設計解を見出した。
【００２２】
非球面形状は、中心では強い負の屈折力を持たせることによってペッツバールサムの最適化と変倍のための可変間隔（デッドスペース）の確保に利用し、非球面の中間部分から周辺部分では著しく曲率が小さくなる形状に形成する。そうする事によって、斜光線に対しては中心部分に比べて、より弱く屈折することになるので、下方コマ収差、ディスト−ション等を悪化させない。その結果、本発明に示すような、非球面レンズの中心と周辺部分の厚肉差が、収差補正上も、製造上においても最適な非球面形状にする事が可能となる。
【００２３】
以下に本発明にかかる超広角ズームレンズが満足すべき各条件式について説明する。
【００２４】
条件式１は非球面レンズＬａｓｐ単体の中心付近と周辺付近との厚肉差を適切に設定する条件である。この条件は非球面係数の数々のパラメーターを駆使し、性能向上と生産性の向上を共存させたものである。ガラスモールド非球面レンズの場合、ガラスの中心と周辺が比較的等厚に近い方が成形時の面精度は向上する。
【００２５】
一方、ガラスモールド非球面レンズの場合は、メニスカス形状で中心部分と周辺部分との厚肉差が数十倍になると量産が極端に難しくなる。また、凹面側の接線角（光軸に垂直な面に対する接平面のなす角）が５０゜を越えると高精度な面形状を成形できなくなる。さらに凹面側の接線角が増し、曲面が半球に近づくとガラスモールド型製造方法による非球面レンズの成型そのものが不可能になる。
【００２６】
また、前後の面の近軸曲率が近ければ近いほど、非球面レンズＬａｓｐ単体の透過偏心の精度を確保できなくなるため、最適な曲率差と厚肉差を確保することが必要となる。
【００２７】
条件式１の上限値を上回る場合は、非球面レンズＬａｓｐが周辺で著しく厚くなり、安価に製造することは困難になる。また、収差補正上は非球面の局所的な補正バランスが崩れ、歪曲、非点収差、下方コマ収差等の補正が悪化する。
【００２８】
なお、条件式１の上限値を５．５に設定すると非球面レンズＬａｓｐの製造上の難易度が、より緩和される。また、条件式１の上限値を５．０に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２９】
また、条件式１の下限値を下回る場合は、非球面レンズＬａｓｐ周辺部分の曲率が著しく小さくなり、中心部分の屈折力の符号が周辺で逆転する場合（第一の現象）と非球面レンズＬａｓｐ単体の中心の屈折力が著しく小さくなる場合（第二の現象）がある。第一の現象では、非球面レンズＬａｓｐの周辺部分における収差の変化が極端に大きくなり、ズームレンズの性能劣化を招く。また、第二の現象では、非球面レンズＬａｓｐ単体の近軸屈折力が小さくなり、負レンズとしての働きが低下し、ペッツバールサムの適切な設定が出来なくなる。また、他に代替として負の屈折力を有するレンズが必要になるために、構成レンズ枚数が増加し、ズームレンズが大型化するので好ましくない。
【００３０】
なお、条件式１の下限値を３．１に設定するとより良い収差補正が設定できる。また、条件式１の下限値を３．４に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３１】
なお、該当する非球面レンズＬａｓｐが接合レンズの場合は、製造時にはそれぞれ分離して製造されるため、それぞれの単体厚みによって条件式を計算する。一方、ガラスと樹脂の複合型非球面レンズの場合は、独立して製造されないため、ガラスと樹脂を合わせた厚さによって条件式の計算をする。
【００３２】
また、第１レンズ群Ｇ１の負レンズ成分Ｌｎに複数枚の非球面レンズが存在している場合、その中で少なくとも１つの非球面レンズが条件式１を満たしていれば良い。また、複数枚ある非球面レンズのうち最も物体側にある非球面レンズが、この条件式１を満たすことが、ズームレンズの小型化と収差補正上望ましい。
【００３３】
さらに、本発明の効果を最大限に発揮するには、少なくとも非球面レンズＬａｓｐ（例えばＬａ）以外にもう１面の第２の非球面レンズを設定し、軸外収差、特に下方コマ収差、球面収差の補正を補うことがズームレンズの高性能化を実現することになり望ましい。また、その第２の非球面レンズは生産性を考慮すると、ガラスモールド型製造方法または樹脂とガラスの複合からなる複合型非球面レンズであることが望ましい。
【００３４】
条件式２は非球面レンズＬａｓｐの近軸曲率半径に関する条件である。なお、後述の非球面式で表現された非球面の場合、焦点距離等の近軸量は基準曲率半径ｒのみではなく、２次の非球面項Ｃ２も含まれる。
【００３５】
条件式２の上限値を上回る場合、非球面レンズＬａｓｐの中心近傍の曲率差が大きくなる事を示す。非球面レンズＬａｓｐの負の近軸の屈折力が極端に大きくなり、条件式１の範囲で決定する非球面形状を維持するためには、非球面曲線の局所的な変化量が大きくなり、前記した各収差が悪化し好ましくない。
【００３６】
なお、条件式２の上限値を０．９に設定するとより良い収差補正を設定できる。また、条件式２の上限値を０．８５に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３７】
また、条件式２の下限値を下回る場合、ペッツバールサムの適切な設定と、変倍のための可変間隔（デッドスペース）の確保が困難になる。本発明の様な超広角ズームレンズの場合、ペッツバールサムの適切な設定と、変倍のための可変間隔（デッドスペース）を十分確保する必要からも、構成する各負レンズエレメントには十分な負の屈折力が必要である。結果的には、条件式２の下限値を下回る場合は、構成レンズ枚数が増加し全系が大型化するため好ましくない。
【００３８】
なお、条件式２の下限値を０．６５に設定するとより良い収差補正が設定できる。また、条件式２の下限値を０．６８に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３９】
条件式３は非球面レンズＬａｓｐとその像側のレンズ成分との間の空気間隔に関する条件である。この条件は、条件式１及び条件式２と同時に満足させる事によって、本発明のような超広角ズームレンズに最適な収差補正を可能にする。
【００４０】
条件式３の上限値を上回る場合、非球面レンズＬａｓｐとその像側のレンズ成分との間の間隔が著しく広くなる。その結果、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１が著しく厚肉化し、非球面レンズＬａｓｐが大型化し、製造コストが著しく増すので、好ましくない。また、全系の大型化も招き好ましくない。
【００４１】
また、条件式３の下限を下回る場合、非球面レンズＬａｓｐとその像側のレンズ成分との間の間隔が狭くなる。その結果、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１が著しく薄肉化し、各レンズエレメントの屈折力が強くなる。したがって、非球面レンズＬａｓｐの屈折力も強くなり、非球面形状も各入射高に対する変位量も増す。したがって、条件式１および条件式２を同時に満たしている場合でも、結果的に収差補正のバランスが崩れ、良好な結像性能が得られない。また、収差補正を良好に保つために構成レンズ枚数の増加で対応した場合、結局全系の大型化やコストアップにつながるため、好ましくない。
【００４２】
なお、条件式３の下限値を０．６以上に設定するとより良い収差補正が設定できる。また、条件式３の下限値を０．６３以上に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００４３】
条件式４は非球面レンズＬａｓｐの屈折力を最適に設定する条件である。条件式４の上限値を上回る場合、非球面レンズＬａｓｐの負の屈折力が大きくなるため、条件式１を満たしている場合でも、レンズ中心近傍の曲率差が大きくなる事を示す。また、非球面レンズＬａｓｐの負の近軸の屈折力が極端に大きくなり、条件式１の範囲で決定する非球面形状を維持するためには、非球面曲線の局所的な変化量が大きくなり、前述した各収差が悪化し好ましくない。
【００４４】
また、条件式４の下限値を下回る場合、非球面レンズＬａｓｐの負の屈折力が著しく小さくなり、ペッツバールサムの適切な設定と、変倍のための可変間隔（デッドスペース）の確保が困難になる。本発明の様な超広角ズームレンズの場合、ペッツバールサムの適切な設定と、変倍のための可変間隔（デッドスペース）を十分確保する必要からも、構成する各負レンズエレメントには十分な負の屈折力が必要となる。また、条件式４の下限値を下回る場合、構成レンズ枚数の増加につながり、全系が大型化し好ましくない。
【００４５】
次に、本発明の超広角ズームレンズの高性能化と構成レンズ枚数削減に関する第２の特徴について説明する。負レンズ群先行型広角ズームレンズにおいて、最も安価でコンパクトなズームレンズのタイプに代表される負・正２群ズームレンズにおける第２レンズ群Ｇ２の構成は、正の屈折力を持ったマスターレンズとしての働きをしている唯一の群であるため、全系の小型化と高性能化に大きく影響を与える。そこで本発明は、上述の非球面レンズに関する第１の特徴の発明に加え、第２の特徴として、新たな正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の構成を提案する。
【００４６】
通常、２群ズームレンズのマスター群である第２レンズ群は、テレゾナー、エルノスタータイプという、正レンズ成分・正レンズ成分・負レンズ成分・正レンズ成分からなるトリプレット変形タイプを用いる事が多い。しかし、このレンズ構成では正レンズ成分の発生する残存収差を一つの負レンズ成分がすべて担う形となり、全体としての残存収差量を減らすには限界がある。また、大きく収差を発生させた面の組み合わせで、収差を打ち消しあうため、偏心許容量も小さく、高性能ズームレンズを製品化するには不向きであった。
【００４７】
そこで本発明では、極力各成分で発生する収差を最小にし、レンズの十分な厚肉化をする事によって正レンズ成分（Ｌ２１）・正レンズ成分（Ｌ２２）・正レンズ成分（Ｌ２３）・負レンズ成分（Ｌ２４）の４成分で構成する新たなレンズタイプを見出した。
【００４８】
このレンズタイプでは各成分の残存収差を小さくする事が可能であり、偏心許容量も大きくなり、量産時の性能も高性能のままに維持することが容易となる。また、好ましくは正レンズ成分（Ｌ２１）・正レンズ成分（Ｌ２２）・正レンズ成分（Ｌ２３）・負レンズ成分（Ｌ２４）の４成分中の負レンズ成分（Ｌ２４）には、上方コマ収差、球面収差の良好な補正を達成するために、非球面を設定する事が望ましい。また、この非球面レンズは光学系の最も像側に位置させれば、組み立て時に、この非球面レンズを全系を通して調芯（芯出し調整）する事によって、容易に結像性能の改善がはかれて好ましい。また、該４成分、正レンズ成分（Ｌ２１）・正レンズ成分（Ｌ２２）・正レンズ成分（Ｌ２３）・負レンズ成分（Ｌ２４）の中央の２つの正レンズ成分（Ｌ２２、Ｌ２３）は両方とも正負または負正の接合レンズよりなることが望ましい。これは、極力各成分で発生する収差を最小にし、レンズの十分な厚肉化をする事によって、残存収差を小さくして高性能化を実現するためのものである。また、これらの接合レンズは正レンズ部分よりも負レンズ部分の屈折率が高い事が、各レンズ成分の残存収差量を少なく出来るので望ましい。
【００４９】
条件式５は前記４成分、正レンズ成分（Ｌ２１）・正レンズ成分（Ｌ２２）・正レンズ成分（Ｌ２３）・負レンズ成分（Ｌ２４）の中央の２つの正レンズ成分（Ｌ２２，Ｌ２３）間の空気間隔の大小に関する条件である。
【００５０】
条件式５の上限値を上回る場合、正レンズ成分Ｌ２２とＬ２３との空気間隔が著しく大きくなるために、光学系全体が巨大化するばかりか、周辺光量の低下を招き、好ましくない。
【００５１】
また、条件式５の下限値を下回る場合、２つの正レンズ成分（Ｌ２２，Ｌ２３）間の分離が悪くなり、第２レンズ群の厚肉化が薄れるため、各成分が比較的強い屈折力に変位し、各成分の残存収差量が増す傾向にあり好ましくない。また、偏心許容量も少なくなり好ましくない。
【００５２】
なお、条件式５の下限値を０．０９以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００５３】
また、本発明においては、前記第２レンズ群Ｇ２中の最も物体側の正レンズ成分Ｌ２１のみによる内焦方式によって近距離合焦する事が望ましい。
【００５４】
また、本発明の特徴でもある、第２レンズ群Ｇ２中の各正レンズ成分（Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）はそれぞれ単体で極力収差補正と色消しを行っているため、どの群を光軸に対してシフトさせても、所謂防振光学系として使用する事が可能である。また、同様に所謂シフトレンズとして応用も可能である事は言うまでもない。
【００５５】
以下に本発明の各実施例に関し図面を参照しつつ説明する。
（第１実施例）
図１は第１実施例の構成及び、移動軌跡を示している。第１実施例は物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の２つのレンズ群を有し、第１レンズ群Ｇ１は物体側から、負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、負レンズ成分Ｌｎは、第１負レンズ成分である物体側に凸面を向けた負メニスカス両面非球面レンズＬａ（Ｌａｓｐに相当）を有し、さらに第２負レンズ成分である両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合によりなり、最も像側には、非球面化された樹脂材料が複合された、所謂ガラスと樹脂の複合型非球面レンズＬｂを有している。そして、物体側に凸面を向けメニスカス正レンズを有する正レンズ成分Ｌｐによって構成されている。
【００５６】
また、第２レンズ群Ｇ２は物体側から、近距離合焦時に独立移動し、メニスカス負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第１正レンズ成分Ｌ２１、開口絞りＳ、メニスカス正レンズとメニスカス負レンズとの接合よりなる接合メニスカス正レンズを有する第２正レンズ成分Ｌ２２、メニスカス負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第３正レンズ成分Ｌ２３、物体側に凹面を向けた両面非球面メニスカス負レンズを有する負レンズ成分Ｌ２４によって構成されている。
【００５７】
表１に第１実施例の諸元値を示す。ただし、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番を、ｒはレンズ面の曲率半径を、非球面には星印を付けｒ欄には近軸曲率半径を記す。また、ｄはレンズ面Ｒの光軸上の面間隔、Ｎ（Ｄ）は媒質のｄ線に対する屈折率、νは媒質のアッベ数である。
【００５８】
非球面は以下の式で表される。
【００５９】
【数１】
Ｘ（ｙ）＝（ｙ２／ｒ）／［１＋（１−κ・（ｙ２／ｒ２））１／２］＋Ｃ３｜ｙ｜３＋ΣＣｉ・ｙｉ
（ｉ＝２，４，６，８，１０，１２，１４）
【００６０】
【数２】
Ｒ＝１／〔（１／ｒ）＋２・Ｃ２〕
ここで、ｙは光軸からの高さ、Ｘはザグ量、Ｒは近軸曲率半径、ｒは基準曲率半径、κは円錐定数、Ｃ２、Ｃ３、Ｃｉはそれぞれ２次、３次、ｉ次の非球面係数である。また、「Ｅ−０５」等は「１０−０５」等を示す。ｆは焦点距離、βは撮影倍率、Ｄ０は最も物体側のレンズ面から物体までの距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは画角（包括角）（単位：度）を示す。
【００６１】
なお、以下の全ての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さ等は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。また、単位は「ｍｍ」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。さらに、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とする。
【００６２】
【表１】
（各条件対応値）
条件式１ ｄｍａｘ ／ ｄ０ ＝ ４．４９ （φ＝４３．６５ｍｍ時）
条件式２ （｜Ｒｍａｘ｜−｜Ｒｍｉｎ｜）／ ｜Ｒｍａｘ｜ ＝ ０．７４９
条件式３ ｄ１−２ ／ ｆｔ ＝ ０．７１５
条件式４ ｆａｓｐ／ ｆｗ ＝ −２．９１
条件式５ ｄ２３ ／ ｄＩＩ ＝ ０．１１９
図２に示す収差図は、第１実施例の広角端状態における無限遠合焦時の収差図であり、周辺光量も多く、良好に収差補正されていることがわかる。図３に示す収差図は第１実施例の中間焦点距離状態における無限遠合焦時の収差図であり、良好に収差補正が成されていることがわかる。図４に示す収差図は第１実施例の望遠端状態における無限遠合焦時の収差図であり、良好に収差補正が成されていることがわかる。
【００６３】
各収差図において、ｄはｄ線を、ｇはｇ線を、ＣはＣ線を、ＦはＦ線を、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角をそれぞれ示している。球面収差図では最大口径に対応するＦナンバーの値を示し。非点収差図、歪曲収差図では半画角ωの最大値を示し、コマ収差図では各半画角の値を示す。
【００６４】
また、非点収差図では実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。
（第２実施例）
図５は第２実施例の構成及び、移動軌跡を示している。第２実施例は物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の２つのレンズ群を有し、第１レンズ群Ｇ１は物体側から、負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、負レンズ成分Ｌｎは物体側に、第１負レンズ成分である凸面を向けた負メニスカス両面非球面レンズＬａ（Ｌａｓｐに相当）を有し、さらに第２負レンズ成分である、像側には非球面化された樹脂材料が複合された、所謂ガラスと樹脂の複合型非球面レンズＬｂを有している。そして、物体側に凸面を向け正メニスカスレンズを有する正レンズ成分Ｌｐによって構成されている。
【００６５】
また、第２レンズ群Ｇ２は物体側から、近距離合焦時に独立移動し、メニスカス負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第１正レンズ成分Ｌ２１、開口絞りＳ、両凸形状の正レンズとメニスカス負レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第２正レンズ成分Ｌ２２、両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第３正レンズ成分Ｌ２３、物体側に凹面を向けた両面非球面メニスカス負レンズを有する負レンズ成分Ｌ２４によって構成されている。
【００６６】
表２に第２実施例の諸元値を示す。
【００６７】
【表２】
（各条件対応値）
条件式１ ｄｍａｘ ／ ｄ０ ＝ ４．３４ （φ＝４５．４８ｍｍ時）
条件式２ （｜Ｒｍａｘ｜−｜Ｒｍｉｎ｜）／ ｜Ｒｍａｘ｜ ＝ ０．７３２
条件式３ ｄ１−２ ／ ｆｔ ＝ ０．８６９
条件式４ ｆａｓｐ／ ｆｗ ＝ −２．９１
条件式５ ｄ２３ ／ ｄＩＩ ＝ ０．１１９
図６に示す収差図は、第２実施例の広角端状態における無限遠合焦時の収差図であり、周辺光量も多く、良好に収差補正されていることがわかる。図７に示す収差図は第２実施例の中間焦点距離状態における無限遠合焦時の収差図であり、良好に収差補正が成されていることがわかる。図８に示す収差図は第２実施例の望遠端状態における無限遠合焦時の収差図であり、良好に収差補正が成されていることがわかる。
【００６８】
【発明の効果】
以述の如く、本発明によれば、広角端の画角（包括角）が２ω＝１０２°を越え、更にＦ４程度の口径を有し、２倍程度の変倍比を有し、小型で構成レンズ枚数が少なく、高性能で、周辺光量が著しく多く、製造容易な非球面を有する超広角ズームレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１実施例のレンズ構成及び移動軌跡を示した図。
【図２】第１実施例の広角端状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図３】第１実施例の中間焦点距離状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図４】第１実施例の望遠端状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図５】本発明にかかる第２実施例のレンズ構成及び移動軌跡を示した図。
【図６】第２実施例の広角端状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図７】第２実施例の中間焦点距離状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図８】第２実施例の望遠端状態における、無限遠合焦時の収差図。
【符号の説明】
Ｇ１・・・第１レンズ群
Ｇ２・・・第２レンズ群
Ｌｎ・・・第１レンズ群内負レンズ成分
Ｌｐ・・・第１レンズ群内正レンズ成分
Ｌａｓｐ・・・非球面レンズ
Ｓ・・・・・開口絞り
【発明の属する技術分野】
本発明はズームレンズに関し、特に大画角を有する超広角ズームレンズに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、広角端の画角（包括角）が２ω＝１００°を越える小型で、構成レンズ枚数の少ない超広角ズームレンズの提案は少ない。一例を上げると、本願と同一出願人による開示例の特開２０００−２８３７号公報がある。また、本願と同一出願人により、ガラスモールド型製造方法に適した非球面を用いた超広角単焦点レンズが特開２００１−１５９７３２号公報において開示されている。また、ガラスモールド型製造方法に適した非球面レンズを用いたズームレンズの開示例に、特開平１１−２８７９５３号公報がある。
【０００３】
しかしながら、上記の公報に開示されたレンズは更なる高性能化と低コスト化が必要であり、特に製造の容易なガラスモールド非球面レンズに対応した、超広角ズームレンズが望まれていた。
【０００４】
【本発明が解決しようとする課題】
超広角ズームレンズの主な課題は常用可能な程度の小型化、高い光学性能、周辺光量の確保、非球面レンズの量産性である。特に使用する非球面レンズが現在の量産技術で十分生産できうるものである事が重要である。
【０００５】
製造方法を考慮すると、生産性の悪い精研削非球面ではなく、量産性の高いガラスモールド型製造方法で製造可能であることがコストダウンにつながり、ユーザーメリットも大きい。その観点から考察した場合、前記特開２０００−２８３７号公報記載の光学系においては、非球面レンズの製造が樹脂とガラスの複合型非球面以外では、精研削方式でもガラスモールド型製造方法でも製造困難であり、量産性が低かった。また、周辺光量や収差補正の更なる改善が必要であった。
【０００６】
また、特開平１１−２８７９５３号公報においては広角端の画角（包括角）が２ω＝６４°程度と狭く、性能的に見ても十分とは言えず、この技術の延長線上には小型で高性能な超広角ズームレンズは実現困難である。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みて行われたものであり、上記の諸問題を解決し、広角端の画角（包括角）が２ω＝１００°を越え、２倍程度の変倍比を有し、小型で高性能な超広角ズームレンズを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のために、本発明は、物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、前記第１レンズ群Ｇ１は負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、前記負レンズ成分Ｌｎは少なくとも１枚の非球面レンズＬａｓｐを有し、前記非球面レンズＬａｓｐは以下の条件を満足することを特徴とする超広角ズームレンズを提供する。
（１） ２．０ ＜ ｄｍａｘ ／ ｄ０ ＜ ６．０
（２） ０．６ ＜ （｜Ｒｍａｘ｜−｜Ｒｍｉｎ｜）／ ｜Ｒｍａｘ｜ ＜ １．０
（３） ０．５ ＜ ｄ１−２ ／ ｆｔ ＜ １．５
但し、
ｄ０ ：前記非球面レンズＬａｓｐの光軸上の厚さ（中心厚）、
ｄｍａｘ ：前記非球面レンズＬａｓｐの像側の面の、最大有効径位置における光軸と平行な厚さ、
Ｒｍａｘ：前記非球面レンズＬａｓｐのレンズ面のうち、近軸曲率半径の絶対値がより大きい側の面の曲率半径、
Ｒｍｉｎ：前記非球面レンズＬａｓｐのレンズ面のうち、近軸曲率半径の絶対値がより小さい側の面の曲率半径、
ｄ１−２ ：前記非球面レンズＬａｓｐの最も像側のレンズ面から、その直後のレンズの最も物体側のレンズ面との間の光軸上空気間隔、
ｆｔ ：望遠端の全系の焦点距離。
【０００９】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、前記第１レンズ群Ｇ１の前記負レンズ成分Ｌｎは、少なくとも第１負レンズ成分Ｌａと第２負レンズ成分Ｌｂの２成分を有し、
前記第１負レンズ成分Ｌａは前記非球面レンズＬａｓｐを有し、以下の条件を満足することが望ましい。
（４） −７．０ ＜ ｆａｓｐ／ ｆｗ ＜ −１．０
但し、
ｆａｓｐ ：前記非球面レンズＬａｓｐの近軸焦点距離、
ｆｗ ：広角端の全系の焦点距離。
【００１０】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群Ｇ２は物体側から第１正レンズ成分Ｌ２１と第２正レンズ成分Ｌ２２と第３正レンズ成分Ｌ２３と負レンズ成分Ｌ２４を有し、前記第２レンズ群Ｇ２の前記負レンズ成分Ｌ２４は物体側に凹面を向けた負レンズを有することが望ましい。
【００１１】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、前記第２レンズ群Ｇ２の前記負レンズ成分Ｌ２４は物体側に凹面を向けた非球面負レンズを有することが望ましい。
【００１２】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、前記第２レンズ群Ｇ２の前記第２正レンズ成分Ｌ２２は物体側から正レンズと負レンズとの接合レンズよりなり、前記第２レンズ群Ｇ２の前記第３正レンズ成分Ｌ２３は物体側から負レンズと正レンズとの接合レンズよりなり、前記第２正レンズ成分Ｌ２２および前記第３正レンズ成分Ｌ２３とも接合された正レンズよりも接合された負レンズの方がｄ線に対する屈折率が高いことが望ましい
また、本発明の超広角ズームレンズでは、以下の条件を満足することが望ましい。
（５） ０．０７ ＜ ｄ２３ ／ ｄＩＩ＜ ０．２
但し、
ｄ２３ ：前記第２レンズ群Ｇ２の前記第２正レンズ成分Ｌ２２と前記第３正レンズ成分Ｌ２３との間の光軸上空気間隔、
ｄＩＩ ：前記第２レンズ群Ｇ２の無限遠合焦時の光軸上の総厚。
【００１３】
また、本発明の超広角ズームレンズでは、近距離物点への合焦は前記第２レンズ群Ｇ２の前記第１正レンズ成分Ｌ２１のみを移動させることによって行うことが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
【００１５】
本発明にかかる超広角ズームレンズは、物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の２つのレンズ群を有し、第１レンズ群Ｇ１は物体側から、負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、負レンズ成分Ｌｎは少なくとも１枚の非球面レンズＬａｓｐを有している。本実施の形態では、第１負レンズ成分である物体側に凸面を向けた負メニスカスレンズＬａと、第２負レンズ成分であるガラスと樹脂の複合型非球面レンズＬｂとからなり、第１負レンズ成分Ｌａが負メニスカス両面非球面レンズＬａｓｐを有している。そして、物体側に凸面を向け正メニスカスレンズを有する正レンズ成分Ｌｐによって構成されている。
【００１６】
また、第２レンズ群Ｇ２は物体側から、近距離合焦時に独立移動し、メニスカス負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第１正レンズ成分Ｌ２１、開口絞りＳ、正レンズとメニスカス負レンズの接合よりなる接合正レンズを有する第２正レンズ成分Ｌ２２、負レンズと両凸形状の正レンズの接合よりなる接合正レンズを有する第３正レンズ成分Ｌ２３、物体側に凹面を向けた両面非球面メニスカス負レンズを有する負レンズ成分Ｌ２４によって構成されている。
【００１７】
本発明は広角端の画角（包括角）２ω＝１００°を超える超広角ズームレンズにおいて、少ない構成レンズ枚数で、かつ収差補正状態が良好で著しく周辺光量が多い光学系を提供するものである。
【００１８】
本発明の第１の特徴は、今まで製造が困難であった大型のガラスモールド非球面レンズの製造を容易にし、かつ光学性能を向上させる非球面の設計方法を実現した事である。
【００１９】
非球面の製造方法には大きく分けて４種類あることは公知である。中でも著しい凹面の非球面を持った大型の非球面レンズは、切削型製造方法（精密研磨切削型製造方法等）では困難である。
【００２０】
また、ガラスモールド型製造方法では、凹面の最大内径における接線角に制約があった。しかしながら、ガラスモールド型製造方法は量産性、コスト、製造精度に対してメリットが多い。さらに、ガラスモールド型製造方法は、いくつかの光学設計的な制約条件を克服する事によって、種々の非球面レンズを形成することができるため、収差補正に適した各種非球面レンズを成型することが可能であるというメリットがある。
【００２１】
一方、超広角ズームレンズの設計上、困難な事は周辺性能向上にある。特に重要な問題は、ペッツバールサムのコントロールに起因する、非点収差と像面湾曲の補正、さらには周辺光量確保に伴うコマ収差の増大に対する補正、倍率色収差の補正とディスト−ションのコントロールである。これらを有効に補正するには、各レンズ群の最適な屈折力配置と、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１を厚肉化することである。しかし、上述のような、通常の設計方法では大型で鏡筒径も大きな物になってしまう。また、非球面を不用意に多様化しても、量産困難な設計解になることが多い。したがって、本発明においては、コマ収差、非点収差、像面湾曲、ディストーション等を良好に補正しつつ、ガラスモールド型製造方法に適した非球面形状になる設計解を見出した。
【００２２】
非球面形状は、中心では強い負の屈折力を持たせることによってペッツバールサムの最適化と変倍のための可変間隔（デッドスペース）の確保に利用し、非球面の中間部分から周辺部分では著しく曲率が小さくなる形状に形成する。そうする事によって、斜光線に対しては中心部分に比べて、より弱く屈折することになるので、下方コマ収差、ディスト−ション等を悪化させない。その結果、本発明に示すような、非球面レンズの中心と周辺部分の厚肉差が、収差補正上も、製造上においても最適な非球面形状にする事が可能となる。
【００２３】
以下に本発明にかかる超広角ズームレンズが満足すべき各条件式について説明する。
【００２４】
条件式１は非球面レンズＬａｓｐ単体の中心付近と周辺付近との厚肉差を適切に設定する条件である。この条件は非球面係数の数々のパラメーターを駆使し、性能向上と生産性の向上を共存させたものである。ガラスモールド非球面レンズの場合、ガラスの中心と周辺が比較的等厚に近い方が成形時の面精度は向上する。
【００２５】
一方、ガラスモールド非球面レンズの場合は、メニスカス形状で中心部分と周辺部分との厚肉差が数十倍になると量産が極端に難しくなる。また、凹面側の接線角（光軸に垂直な面に対する接平面のなす角）が５０゜を越えると高精度な面形状を成形できなくなる。さらに凹面側の接線角が増し、曲面が半球に近づくとガラスモールド型製造方法による非球面レンズの成型そのものが不可能になる。
【００２６】
また、前後の面の近軸曲率が近ければ近いほど、非球面レンズＬａｓｐ単体の透過偏心の精度を確保できなくなるため、最適な曲率差と厚肉差を確保することが必要となる。
【００２７】
条件式１の上限値を上回る場合は、非球面レンズＬａｓｐが周辺で著しく厚くなり、安価に製造することは困難になる。また、収差補正上は非球面の局所的な補正バランスが崩れ、歪曲、非点収差、下方コマ収差等の補正が悪化する。
【００２８】
なお、条件式１の上限値を５．５に設定すると非球面レンズＬａｓｐの製造上の難易度が、より緩和される。また、条件式１の上限値を５．０に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００２９】
また、条件式１の下限値を下回る場合は、非球面レンズＬａｓｐ周辺部分の曲率が著しく小さくなり、中心部分の屈折力の符号が周辺で逆転する場合（第一の現象）と非球面レンズＬａｓｐ単体の中心の屈折力が著しく小さくなる場合（第二の現象）がある。第一の現象では、非球面レンズＬａｓｐの周辺部分における収差の変化が極端に大きくなり、ズームレンズの性能劣化を招く。また、第二の現象では、非球面レンズＬａｓｐ単体の近軸屈折力が小さくなり、負レンズとしての働きが低下し、ペッツバールサムの適切な設定が出来なくなる。また、他に代替として負の屈折力を有するレンズが必要になるために、構成レンズ枚数が増加し、ズームレンズが大型化するので好ましくない。
【００３０】
なお、条件式１の下限値を３．１に設定するとより良い収差補正が設定できる。また、条件式１の下限値を３．４に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３１】
なお、該当する非球面レンズＬａｓｐが接合レンズの場合は、製造時にはそれぞれ分離して製造されるため、それぞれの単体厚みによって条件式を計算する。一方、ガラスと樹脂の複合型非球面レンズの場合は、独立して製造されないため、ガラスと樹脂を合わせた厚さによって条件式の計算をする。
【００３２】
また、第１レンズ群Ｇ１の負レンズ成分Ｌｎに複数枚の非球面レンズが存在している場合、その中で少なくとも１つの非球面レンズが条件式１を満たしていれば良い。また、複数枚ある非球面レンズのうち最も物体側にある非球面レンズが、この条件式１を満たすことが、ズームレンズの小型化と収差補正上望ましい。
【００３３】
さらに、本発明の効果を最大限に発揮するには、少なくとも非球面レンズＬａｓｐ（例えばＬａ）以外にもう１面の第２の非球面レンズを設定し、軸外収差、特に下方コマ収差、球面収差の補正を補うことがズームレンズの高性能化を実現することになり望ましい。また、その第２の非球面レンズは生産性を考慮すると、ガラスモールド型製造方法または樹脂とガラスの複合からなる複合型非球面レンズであることが望ましい。
【００３４】
条件式２は非球面レンズＬａｓｐの近軸曲率半径に関する条件である。なお、後述の非球面式で表現された非球面の場合、焦点距離等の近軸量は基準曲率半径ｒのみではなく、２次の非球面項Ｃ２も含まれる。
【００３５】
条件式２の上限値を上回る場合、非球面レンズＬａｓｐの中心近傍の曲率差が大きくなる事を示す。非球面レンズＬａｓｐの負の近軸の屈折力が極端に大きくなり、条件式１の範囲で決定する非球面形状を維持するためには、非球面曲線の局所的な変化量が大きくなり、前記した各収差が悪化し好ましくない。
【００３６】
なお、条件式２の上限値を０．９に設定するとより良い収差補正を設定できる。また、条件式２の上限値を０．８５に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３７】
また、条件式２の下限値を下回る場合、ペッツバールサムの適切な設定と、変倍のための可変間隔（デッドスペース）の確保が困難になる。本発明の様な超広角ズームレンズの場合、ペッツバールサムの適切な設定と、変倍のための可変間隔（デッドスペース）を十分確保する必要からも、構成する各負レンズエレメントには十分な負の屈折力が必要である。結果的には、条件式２の下限値を下回る場合は、構成レンズ枚数が増加し全系が大型化するため好ましくない。
【００３８】
なお、条件式２の下限値を０．６５に設定するとより良い収差補正が設定できる。また、条件式２の下限値を０．６８に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００３９】
条件式３は非球面レンズＬａｓｐとその像側のレンズ成分との間の空気間隔に関する条件である。この条件は、条件式１及び条件式２と同時に満足させる事によって、本発明のような超広角ズームレンズに最適な収差補正を可能にする。
【００４０】
条件式３の上限値を上回る場合、非球面レンズＬａｓｐとその像側のレンズ成分との間の間隔が著しく広くなる。その結果、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１が著しく厚肉化し、非球面レンズＬａｓｐが大型化し、製造コストが著しく増すので、好ましくない。また、全系の大型化も招き好ましくない。
【００４１】
また、条件式３の下限を下回る場合、非球面レンズＬａｓｐとその像側のレンズ成分との間の間隔が狭くなる。その結果、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１が著しく薄肉化し、各レンズエレメントの屈折力が強くなる。したがって、非球面レンズＬａｓｐの屈折力も強くなり、非球面形状も各入射高に対する変位量も増す。したがって、条件式１および条件式２を同時に満たしている場合でも、結果的に収差補正のバランスが崩れ、良好な結像性能が得られない。また、収差補正を良好に保つために構成レンズ枚数の増加で対応した場合、結局全系の大型化やコストアップにつながるため、好ましくない。
【００４２】
なお、条件式３の下限値を０．６以上に設定するとより良い収差補正が設定できる。また、条件式３の下限値を０．６３以上に設定すると本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００４３】
条件式４は非球面レンズＬａｓｐの屈折力を最適に設定する条件である。条件式４の上限値を上回る場合、非球面レンズＬａｓｐの負の屈折力が大きくなるため、条件式１を満たしている場合でも、レンズ中心近傍の曲率差が大きくなる事を示す。また、非球面レンズＬａｓｐの負の近軸の屈折力が極端に大きくなり、条件式１の範囲で決定する非球面形状を維持するためには、非球面曲線の局所的な変化量が大きくなり、前述した各収差が悪化し好ましくない。
【００４４】
また、条件式４の下限値を下回る場合、非球面レンズＬａｓｐの負の屈折力が著しく小さくなり、ペッツバールサムの適切な設定と、変倍のための可変間隔（デッドスペース）の確保が困難になる。本発明の様な超広角ズームレンズの場合、ペッツバールサムの適切な設定と、変倍のための可変間隔（デッドスペース）を十分確保する必要からも、構成する各負レンズエレメントには十分な負の屈折力が必要となる。また、条件式４の下限値を下回る場合、構成レンズ枚数の増加につながり、全系が大型化し好ましくない。
【００４５】
次に、本発明の超広角ズームレンズの高性能化と構成レンズ枚数削減に関する第２の特徴について説明する。負レンズ群先行型広角ズームレンズにおいて、最も安価でコンパクトなズームレンズのタイプに代表される負・正２群ズームレンズにおける第２レンズ群Ｇ２の構成は、正の屈折力を持ったマスターレンズとしての働きをしている唯一の群であるため、全系の小型化と高性能化に大きく影響を与える。そこで本発明は、上述の非球面レンズに関する第１の特徴の発明に加え、第２の特徴として、新たな正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の構成を提案する。
【００４６】
通常、２群ズームレンズのマスター群である第２レンズ群は、テレゾナー、エルノスタータイプという、正レンズ成分・正レンズ成分・負レンズ成分・正レンズ成分からなるトリプレット変形タイプを用いる事が多い。しかし、このレンズ構成では正レンズ成分の発生する残存収差を一つの負レンズ成分がすべて担う形となり、全体としての残存収差量を減らすには限界がある。また、大きく収差を発生させた面の組み合わせで、収差を打ち消しあうため、偏心許容量も小さく、高性能ズームレンズを製品化するには不向きであった。
【００４７】
そこで本発明では、極力各成分で発生する収差を最小にし、レンズの十分な厚肉化をする事によって正レンズ成分（Ｌ２１）・正レンズ成分（Ｌ２２）・正レンズ成分（Ｌ２３）・負レンズ成分（Ｌ２４）の４成分で構成する新たなレンズタイプを見出した。
【００４８】
このレンズタイプでは各成分の残存収差を小さくする事が可能であり、偏心許容量も大きくなり、量産時の性能も高性能のままに維持することが容易となる。また、好ましくは正レンズ成分（Ｌ２１）・正レンズ成分（Ｌ２２）・正レンズ成分（Ｌ２３）・負レンズ成分（Ｌ２４）の４成分中の負レンズ成分（Ｌ２４）には、上方コマ収差、球面収差の良好な補正を達成するために、非球面を設定する事が望ましい。また、この非球面レンズは光学系の最も像側に位置させれば、組み立て時に、この非球面レンズを全系を通して調芯（芯出し調整）する事によって、容易に結像性能の改善がはかれて好ましい。また、該４成分、正レンズ成分（Ｌ２１）・正レンズ成分（Ｌ２２）・正レンズ成分（Ｌ２３）・負レンズ成分（Ｌ２４）の中央の２つの正レンズ成分（Ｌ２２、Ｌ２３）は両方とも正負または負正の接合レンズよりなることが望ましい。これは、極力各成分で発生する収差を最小にし、レンズの十分な厚肉化をする事によって、残存収差を小さくして高性能化を実現するためのものである。また、これらの接合レンズは正レンズ部分よりも負レンズ部分の屈折率が高い事が、各レンズ成分の残存収差量を少なく出来るので望ましい。
【００４９】
条件式５は前記４成分、正レンズ成分（Ｌ２１）・正レンズ成分（Ｌ２２）・正レンズ成分（Ｌ２３）・負レンズ成分（Ｌ２４）の中央の２つの正レンズ成分（Ｌ２２，Ｌ２３）間の空気間隔の大小に関する条件である。
【００５０】
条件式５の上限値を上回る場合、正レンズ成分Ｌ２２とＬ２３との空気間隔が著しく大きくなるために、光学系全体が巨大化するばかりか、周辺光量の低下を招き、好ましくない。
【００５１】
また、条件式５の下限値を下回る場合、２つの正レンズ成分（Ｌ２２，Ｌ２３）間の分離が悪くなり、第２レンズ群の厚肉化が薄れるため、各成分が比較的強い屈折力に変位し、各成分の残存収差量が増す傾向にあり好ましくない。また、偏心許容量も少なくなり好ましくない。
【００５２】
なお、条件式５の下限値を０．０９以上に設定すると、本発明の効果を最大限に発揮できる。
【００５３】
また、本発明においては、前記第２レンズ群Ｇ２中の最も物体側の正レンズ成分Ｌ２１のみによる内焦方式によって近距離合焦する事が望ましい。
【００５４】
また、本発明の特徴でもある、第２レンズ群Ｇ２中の各正レンズ成分（Ｌ２１、Ｌ２２、Ｌ２３）はそれぞれ単体で極力収差補正と色消しを行っているため、どの群を光軸に対してシフトさせても、所謂防振光学系として使用する事が可能である。また、同様に所謂シフトレンズとして応用も可能である事は言うまでもない。
【００５５】
以下に本発明の各実施例に関し図面を参照しつつ説明する。
（第１実施例）
図１は第１実施例の構成及び、移動軌跡を示している。第１実施例は物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の２つのレンズ群を有し、第１レンズ群Ｇ１は物体側から、負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、負レンズ成分Ｌｎは、第１負レンズ成分である物体側に凸面を向けた負メニスカス両面非球面レンズＬａ（Ｌａｓｐに相当）を有し、さらに第２負レンズ成分である両凸形状の正レンズと両凹形状の負レンズとの接合によりなり、最も像側には、非球面化された樹脂材料が複合された、所謂ガラスと樹脂の複合型非球面レンズＬｂを有している。そして、物体側に凸面を向けメニスカス正レンズを有する正レンズ成分Ｌｐによって構成されている。
【００５６】
また、第２レンズ群Ｇ２は物体側から、近距離合焦時に独立移動し、メニスカス負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第１正レンズ成分Ｌ２１、開口絞りＳ、メニスカス正レンズとメニスカス負レンズとの接合よりなる接合メニスカス正レンズを有する第２正レンズ成分Ｌ２２、メニスカス負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第３正レンズ成分Ｌ２３、物体側に凹面を向けた両面非球面メニスカス負レンズを有する負レンズ成分Ｌ２４によって構成されている。
【００５７】
表１に第１実施例の諸元値を示す。ただし、面番号は物体側から数えたレンズ面の順番を、ｒはレンズ面の曲率半径を、非球面には星印を付けｒ欄には近軸曲率半径を記す。また、ｄはレンズ面Ｒの光軸上の面間隔、Ｎ（Ｄ）は媒質のｄ線に対する屈折率、νは媒質のアッベ数である。
【００５８】
非球面は以下の式で表される。
【００５９】
【数１】
Ｘ（ｙ）＝（ｙ２／ｒ）／［１＋（１−κ・（ｙ２／ｒ２））１／２］＋Ｃ３｜ｙ｜３＋ΣＣｉ・ｙｉ
（ｉ＝２，４，６，８，１０，１２，１４）
【００６０】
【数２】
Ｒ＝１／〔（１／ｒ）＋２・Ｃ２〕
ここで、ｙは光軸からの高さ、Ｘはザグ量、Ｒは近軸曲率半径、ｒは基準曲率半径、κは円錐定数、Ｃ２、Ｃ３、Ｃｉはそれぞれ２次、３次、ｉ次の非球面係数である。また、「Ｅ−０５」等は「１０−０５」等を示す。ｆは焦点距離、βは撮影倍率、Ｄ０は最も物体側のレンズ面から物体までの距離、ＦｎｏはＦナンバー、２ωは画角（包括角）（単位：度）を示す。
【００６１】
なお、以下の全ての諸元値において、掲載されている焦点距離ｆ、曲率半径ｒ、面間隔ｄその他の長さ等は、特記の無い場合一般に「ｍｍ」が使われるが、光学系は比例拡大または比例縮小しても同等の光学性能が得られるので、これに限られるものではない。また、単位は「ｍｍ」に限定されること無く他の適当な単位を用いることもできる。さらに、これらの記号の説明は、以降の他の実施例においても同様とする。
【００６２】
【表１】
条件式１ ｄｍａｘ ／ ｄ０ ＝ ４．４９ （φ＝４３．６５ｍｍ時）
条件式２ （｜Ｒｍａｘ｜−｜Ｒｍｉｎ｜）／ ｜Ｒｍａｘ｜ ＝ ０．７４９
条件式３ ｄ１−２ ／ ｆｔ ＝ ０．７１５
条件式４ ｆａｓｐ／ ｆｗ ＝ −２．９１
条件式５ ｄ２３ ／ ｄＩＩ ＝ ０．１１９
図２に示す収差図は、第１実施例の広角端状態における無限遠合焦時の収差図であり、周辺光量も多く、良好に収差補正されていることがわかる。図３に示す収差図は第１実施例の中間焦点距離状態における無限遠合焦時の収差図であり、良好に収差補正が成されていることがわかる。図４に示す収差図は第１実施例の望遠端状態における無限遠合焦時の収差図であり、良好に収差補正が成されていることがわかる。
【００６３】
各収差図において、ｄはｄ線を、ｇはｇ線を、ＣはＣ線を、ＦはＦ線を、ＦｎｏはＦナンバー、ωは半画角をそれぞれ示している。球面収差図では最大口径に対応するＦナンバーの値を示し。非点収差図、歪曲収差図では半画角ωの最大値を示し、コマ収差図では各半画角の値を示す。
【００６４】
また、非点収差図では実線はサジタル像面を示し、破線はメリディオナル像面を示している。以上の収差図の説明は、他の実施例においても同様である。
（第２実施例）
図５は第２実施例の構成及び、移動軌跡を示している。第２実施例は物体側から順に、負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２の２つのレンズ群を有し、第１レンズ群Ｇ１は物体側から、負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、負レンズ成分Ｌｎは物体側に、第１負レンズ成分である凸面を向けた負メニスカス両面非球面レンズＬａ（Ｌａｓｐに相当）を有し、さらに第２負レンズ成分である、像側には非球面化された樹脂材料が複合された、所謂ガラスと樹脂の複合型非球面レンズＬｂを有している。そして、物体側に凸面を向け正メニスカスレンズを有する正レンズ成分Ｌｐによって構成されている。
【００６５】
また、第２レンズ群Ｇ２は物体側から、近距離合焦時に独立移動し、メニスカス負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第１正レンズ成分Ｌ２１、開口絞りＳ、両凸形状の正レンズとメニスカス負レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第２正レンズ成分Ｌ２２、両凹形状の負レンズと両凸形状の正レンズとの接合よりなる接合正レンズを有する第３正レンズ成分Ｌ２３、物体側に凹面を向けた両面非球面メニスカス負レンズを有する負レンズ成分Ｌ２４によって構成されている。
【００６６】
表２に第２実施例の諸元値を示す。
【００６７】
【表２】
条件式１ ｄｍａｘ ／ ｄ０ ＝ ４．３４ （φ＝４５．４８ｍｍ時）
条件式２ （｜Ｒｍａｘ｜−｜Ｒｍｉｎ｜）／ ｜Ｒｍａｘ｜ ＝ ０．７３２
条件式３ ｄ１−２ ／ ｆｔ ＝ ０．８６９
条件式４ ｆａｓｐ／ ｆｗ ＝ −２．９１
条件式５ ｄ２３ ／ ｄＩＩ ＝ ０．１１９
図６に示す収差図は、第２実施例の広角端状態における無限遠合焦時の収差図であり、周辺光量も多く、良好に収差補正されていることがわかる。図７に示す収差図は第２実施例の中間焦点距離状態における無限遠合焦時の収差図であり、良好に収差補正が成されていることがわかる。図８に示す収差図は第２実施例の望遠端状態における無限遠合焦時の収差図であり、良好に収差補正が成されていることがわかる。
【００６８】
【発明の効果】
以述の如く、本発明によれば、広角端の画角（包括角）が２ω＝１０２°を越え、更にＦ４程度の口径を有し、２倍程度の変倍比を有し、小型で構成レンズ枚数が少なく、高性能で、周辺光量が著しく多く、製造容易な非球面を有する超広角ズームレンズを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる第１実施例のレンズ構成及び移動軌跡を示した図。
【図２】第１実施例の広角端状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図３】第１実施例の中間焦点距離状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図４】第１実施例の望遠端状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図５】本発明にかかる第２実施例のレンズ構成及び移動軌跡を示した図。
【図６】第２実施例の広角端状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図７】第２実施例の中間焦点距離状態における、無限遠合焦時の収差図。
【図８】第２実施例の望遠端状態における、無限遠合焦時の収差図。
【符号の説明】
Ｇ１・・・第１レンズ群
Ｇ２・・・第２レンズ群
Ｌｎ・・・第１レンズ群内負レンズ成分
Ｌｐ・・・第１レンズ群内正レンズ成分
Ｌａｓｐ・・・非球面レンズ
Ｓ・・・・・開口絞り
Claims (7)
- 物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、
前記第１レンズ群Ｇ１は負レンズ成分Ｌｎと正レンズ成分Ｌｐを有し、
前記負レンズ成分Ｌｎは少なくとも１枚の非球面レンズＬａｓｐを有し、
前記非球面レンズＬａｓｐは以下の条件を満足することを特徴とする超広角ズームレンズ。
（１） ２．０ ＜ ｄｍａｘ ／ ｄ０ ＜ ６．０
（２） ０．６ ＜ （｜Ｒｍａｘ｜−｜Ｒｍｉｎ｜）／ ｜Ｒｍａｘ｜ ＜ １．０
（３） ０．５ ＜ ｄ１−２ ／ ｆｔ ＜ １．５
但し、
ｄ０ ：前記非球面レンズＬａｓｐの光軸上の厚さ（中心厚）、
ｄｍａｘ ：前記非球面レンズＬａｓｐの像側の面の、最大有効径位置における光軸と平行な厚さ、
Ｒｍａｘ：前記非球面レンズＬａｓｐのレンズ面のうち、近軸曲率半径の絶対値がより大きい側の面の曲率半径、
Ｒｍｉｎ：前記非球面レンズＬａｓｐのレンズ面のうち、近軸曲率半径の絶対値がより小さい側の面の曲率半径、
ｄ１−２ ：前記非球面レンズＬａｓｐの最も像側のレンズ面から、その直後のレンズの最も物体側のレンズ面との間の光軸上空気間隔、
ｆｔ ：望遠端の全系の焦点距離。 - 前記第１レンズ群Ｇ１の前記負レンズ成分Ｌｎは、少なくとも第１負レンズ成分Ｌａと第２負レンズ成分Ｌｂの２成分を有し、
前記第１負レンズ成分Ｌａは前記非球面レンズＬａｓｐを有し、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の超広角ズームレンズ。
（４） −７．０ ＜ ｆａｓｐ／ ｆｗ ＜ −１．０
但し、
ｆａｓｐ ：前記非球面レンズＬａｓｐの近軸焦点距離、
ｆｗ ：広角端の全系の焦点距離。 - 物体側から負の屈折力を有する第１レンズ群Ｇ１と正の屈折力を有する第２レンズ群Ｇ２を有し、前記第１レンズ群Ｇ１と前記第２レンズ群Ｇ２との間の空気間隔を変化させることによって変倍を行うズームレンズにおいて、
前記第２レンズ群Ｇ２は物体側から第１正レンズ成分Ｌ２１と第２正レンズ成分Ｌ２２と第３正レンズ成分Ｌ２３と負レンズ成分Ｌ２４を有し、
前記第２レンズ群Ｇ２の前記負レンズ成分Ｌ２４は物体側に凹面を向けた負レンズを有することを特徴とする請求項１または２に記載の超広角ズームレンズ。 - 前記第２レンズ群Ｇ２の前記負レンズ成分Ｌ２４は物体側に凹面を向けた非球面負レンズを有することを特徴とする請求項３に記載の超広角ズームレンズ。
- 前記第２レンズ群Ｇ２の前記第２正レンズ成分Ｌ２２は物体側から正レンズと負レンズとの接合レンズよりなり、
前記第２レンズ群Ｇ２の前記第３正レンズ成分Ｌ２３は物体側から負レンズと正レンズとの接合レンズよりなり、
前記第２正レンズ成分Ｌ２２および前記第３正レンズ成分Ｌ２３とも接合された正レンズよりも接合された負レンズの方がｄ線に対する屈折率が高いことを特徴とする請求項３または４に記載の超広角ズームレンズ。 - 以下の条件を満足することを特徴とする請求項３乃至５の何れか１項に記載の超広角ズームレンズ。
（５） ０．０７ ＜ ｄ２３ ／ ｄＩＩ＜ ０．２
但し、
ｄ２３ ：前記第２レンズ群Ｇ２の前記第２正レンズ成分Ｌ２２と前記第３正レンズ成分Ｌ２３との間の光軸上空気間隔、
ｄＩＩ ：前記第２レンズ群Ｇ２の無限遠合焦時の光軸上の総厚。 - 近距離物点への合焦は前記第２レンズ群Ｇ２の前記第１正レンズ成分Ｌ２１のみを移動させることによって行うことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の超広角ズームレンズ。
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